JP2021057908A - 記録装置および車両 - Google Patents

Abstract

【課題】車載ネットワークを流れるデータを効率的に蓄積する。【解決手段】記録ＥＣＵ２２は、ＩＤが付与された複数種類のパケットをＣＡＮ２４から受信する。記録ＥＣＵ２２は、受信した複数種類のパケットのＩＤと、各パケットの受信時刻とを検査データとして記録する。記録ＥＣＵ２２は、受信した複数種類のパケットのデータを上記検査データとして記録し、同じＩＤが付与されたパケットのデータをグループ化して記録する。記録ＥＣＵ２２は、記録されたパケットのデータを圧縮する。【選択図】図３

Description

本発明は、データ処理技術に関し、特に記録装置および車両に関する。

近年、自動車には、多数の電子制御ユニット（Electronic Control Unit、以下「ＥＣＵ」と呼ぶ。）が搭載されている。これらのＥＣＵを繋ぐネットワークは車載ネットワークと呼ばれる。車載ネットワークには多数の規格が存在するが、広く普及した規格としてＣＡＮ（Controller Area Network）がある。

特開２０１０−１４４０６０号公報

車載ネットワークを流れるデータを記録して車両内の記録媒体または車両外のサーバへ保存することにより、エラーの発生原因または車両の故障を調べる手がかりとすることが期待される。一方、車両の製造コストおよびシステムの運用コストを抑制するために、記録媒体の記憶領域またはネットワーク帯域の効率的な利用が求められる。

上記特許文献１では、収集したパケットをポート番号に応じて圧縮して保存する通信記録装置が記載されている。しかし、上記特許文献１の技術は、ＴＣＰ／ＩＰ等、高いレイヤでのデータ蓄積を目的とするものであり、より低レイヤのパケット到着間隔等のデータは欠落してしまう。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、１つの目的は、車載ネットワークを流れるデータを効率的に蓄積することである。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の記録装置は、ＩＤが付与された複数種類のパケットが、予め定められた周期において車載ネットワークで伝送される順序のパターンを複数記憶する記憶部と、車載ネットワークから複数種類のパケットを受信する受信部と、記憶部に記憶された複数のパターンのうち、受信部により受信された複数種類のパケットの受信順序が合致する周期ごとのパターンを検査データとして記録する第１記録部と、受信部により受信された複数種類のパケットのデータを検査データとして記録する第２記録部と、を備える。

本発明の別の態様もまた、記録装置である。この装置は、ＩＤが付与された複数種類のパケットを車載ネットワークから受信する受信部と、受信部により受信された複数種類のパケットのＩＤと、各パケットの受信時刻とを検査データとして記録する第１記録部と、受信部により受信された複数種類のパケットのデータを検査データとして記録し、同じＩＤが付与されたパケットのデータをグループ化して記録する第２記録部と、第２記録部により記録されたパケットのデータを圧縮する圧縮部と、を備える。

本発明のさらに別の態様は、記録方法である。この方法は、ＩＤが付与された複数種類のパケットが、予め定められた周期において車載ネットワークで伝送される順序のパターンを複数記憶する記憶部を備える装置が、車載ネットワークから複数種類のパケットを受信し、記憶部に記憶された複数のパターンのうち、受信した複数種類のパケットの受信順序が合致する周期ごとのパターンを検査データとして記録し、受信した複数種類のパケットのデータを検査データとして記録する。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を、コンピュータプログラム、コンピュータプログラムを記録した記録媒体、本装置を搭載した車両などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、車載ネットワークを流れるデータを効率的に蓄積することができる。

図１（ａ）と図１（ｂ）は、ＣＡＮのトラフィックを模式的に示す図である。 図２（ａ）は、伝送パターンの例を示す図であり、図２（ｂ）は、記録ＥＣＵにより記録される検査データの例を示す図である。 第１実施例の車両の機能構成を示すブロック図である。 第１実施例の記録ＥＣＵの動作を示すフローチャートである。 図４のＳ１２の検査データ記録処理の詳細を示すフローチャートである。 パケットの受信パターンの例を示す図である。 図７（ａ）は、基準パターンの例を示す図であり、図７（ｂ）は、差分パターンの例を示す図である。 図４のＳ１２の検査データ記録処理の詳細を示すフローチャートである。 複数の周期において受信されたパケットのＩＤを示す。 図１０（ａ）は、差分パターンの例を示す図であり、図１０（ｂ）は、差分パターンを説明する図である。 図４のＳ１２の検査データ記録処理の詳細を示すフローチャートである。 図１２（ａ）と図１２（ｂ）は、異常の可能性があるパケットの受信パターンを示す図である。 第４実施例の車両の機能構成を示すブロック図である。 第４実施例の記録ＥＣＵの動作を示すフローチャートである。

［第１実施例］
実施例の車両の構成を説明する前に概要を説明する。実施例の車両は記録ＥＣＵを備える。記録ＥＣＵは、車両における攻撃の有無または自動運転の正常性をクラウド上の検査装置に検査させることを目的として、ＣＡＮを流れるパケット（ＣＡＮメッセージ、フレームとも言える。）を検査データとして蓄積する。車両から検査装置への検査データのアップロードでは、帯域が限られたＷＬＡＮ（Wireless LAN）を使用する。クラウドおよびＷＬＡＮは、通信費が比較的高く、検査データのサイズを低減することが重要になる。

実施例の記録ＥＣＵは、ＣＡＮを流れるパケットの周期性を利用して、検査データのサイズを低減する。具体的には、記録ＥＣＵは、受信したパケットを周期ごとにグループ化し、周期ごとに出現パターン（後述の伝送パターン）を使用して冗長性を除去したパケットデータを検査データとして蓄積する。実施例において蓄積対象とするパケットは、周期的に送信されるパケットであり、言い換えれば、所定期間おきに繰り返し送信されるパケットである。パケットをグループ化する周期を以下「グループ周期」とも呼ぶ。周期は、同じＩＤ（ＣＡＮ−ＩＤ、フレームＩＤとも言える）のパケットが一定期間おきに繰り返し送信される場合に、その一定期間とも言える。

なお、グループ周期は、パケットの送信周期と別の値に定められてもよい。グループ周期は、例えば、同じＩＤのパケットを２個受信する期間に設定されてもよく、言い換えれば、パケットの送信周期の２倍に設定されてもよい。また、ＩＤ−Ａのパケットの送信周期Ａと、ＩＤ−Ｂのパケットの送信周期Ｂとが異なる場合、グループ周期は、その差異を考慮した値に定められてもよい。例えば、グループ周期は、送信周期Ａと送信周期ｂの公倍数の値に定められてもよい。

図１（ａ）と図１（ｂ）は、ＣＡＮのトラフィックを模式的に示す。図１（ａ）のＩＤとＰＬ（ペイロード）の組が１つのパケットを示している。この例では、ＩＤ１のパケット、ＩＤ２のパケット、ＩＤ３のパケットがそれぞれ３回伝送されている。図１（ｂ）は、ＩＤ１のパケット〜ＩＤ３のパケットの受信タイミング１０を示している。ここでの周期Ｔ１、周期Ｔ２、周期Ｔ３は、１つのパケットを受信可能な単位時間であるタイムスロットを９個含む。例えば、周期Ｔ１では、２番目のタイムスロットでＩＤ１のパケットを受信し、３番目のタイムスロットでＩＤ２のパケットを受信し、４番目のタイムスロットでＩＤ３のパケットを受信したことを示している。

なお、タイムスロットは、グループ周期におけるパケットの到着時刻（オフセット時間）を示す。例えば、グループ周期が２０ミリ秒でタイムスロットが２ミリ秒である場合、当該グループ周期には１０個のタイムスロットが存在する。グループ周期におけるタイムスロットの個数は、パケット到着間隔の記録精度になる。例えば、グループ周期の開始から２．５ミリ秒後等の中間に到達したパケットには、切り上げ・切り捨て・四捨五入等の既定の方法でタイムスロットが割り当てられるからである。したがって、グループ周期におけるタイムスロットの個数を増加させれば（上の例ではタイムスロットの個数を２０にすれば）、より高い精度での記録が可能になる。なお、グループ周期における各タイムスロットは必ずしも等間隔でなくてもよい。

図２（ａ）は、伝送パターン１１の例を示す。伝送パターン１１は、予め定められた長さの１周期中に、異なるＩＤが付与された複数種類のパケットが車載ネットワークで伝送される順序のパターンを示すデータである。また、伝送パターン１１は、１周期中に、記録ＥＣＵ２２が、複数種類のパケットを受信する順序のパターンとも言える。図２（ａ）のＰｔ（パターン）１は、２番目のタイムスロットでＩＤ１のパケットを受信し、３番目のタイムスロットでＩＤ２のパケットを受信し、４番目のタイムスロットでＩＤ３のパケットを受信するパターンである。Ｐｔ２は、２番目のタイムスロットでＩＤ２のパケットを受信し、３番目のタイムスロットでＩＤ１のパケットを受信し、４番目のタイムスロットでＩＤ３のパケットを受信するパターンである。

図２（ｂ）は、記録ＥＣＵにより記録される検査データの例を示す。検査データは、クラウド上の検査装置により検査されるデータである。検査データは、メタデータ、周期データ、ペイロードデータを含む。メタデータは、基準時間、周期時間、伝送パターンの定義を含む。基準時間は、検査開始時刻でもよく、最初の周期の開始時刻でもよい。周期時間は、１周期の時間の長さである。伝送パターンの定義は、例えば、図２（ａ）に示したように、複数種類のパケットの伝送順序を示すデータでもよい。

記録ＥＣＵは、１周期ごとに、周期の識別子（例えば「Ｔ１」）と、その周期における伝送パターンの識別子（例えば「Ｐｔ１」）との組を周期データとして記録する。また、記録ＥＣＵは、パケットのＩＤごとにペイロードのデータをグループ化して、ペイロードデータとして記録する。

ＣＡＮを流れるパケットの検査では、パケットの受信時刻が重要な情報になる。しかし、受信した複数のパケットのそれぞれに受信時刻を付加すると検査データのサイズが大きくなってしまう。そこで実施例では、パケットのペイロードデータとは別個に、周期ごとの伝送パターンを記録しておく。これにより、各パケットの受信タイミングを事後の検証時に把握可能（言い換えれば復元可能）にしつつ、各パケットへの受信時刻の付加が不要になり、検査データのサイズを低減することができる。また、複数の周期に同じ伝送パターンを適用でき、検査データのサイズを低減することができる。

実施例１の構成を詳細に説明する。図３は、第１実施例の車両１４の機能構成を示すブロック図である。本明細書のブロック図において示される各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵ・メモリをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。

車両１４は、ＬＡＮ・ＷＡＮ・インターネット等の通信網を介してクラウド上の検査装置１６に接続される。車両１４は、送信ＥＣＵ２０と記録ＥＣＵ２２を備える。送信ＥＣＵ２０と記録ＥＣＵ２２は、ＣＡＮ２４を介して接続される。なお、検査装置１６は、車両１４内の装置であってもよく、ＣＡＮ２４を介して記録ＥＣＵ２２と接続されてもよい。

送信ＥＣＵ２０は、ＣＡＮ２４へパケットを出力することにより、ＣＡＮ２４を介して他の車載装置（他のＥＣＵ等）へパケットを送信するＥＣＵである。送信ＥＣＵ２０は、不図示のセンサーまたは不図示のアクチュエータに接続されたＥＣＵでもよく、カーナビゲーション装置またはＩＶＩ（In-Vehicle Infotainment）装置を制御するＥＣＵでもよい。図３では、送信ＥＣＵ２０を１つ描いたが、実際の車両１４は、複数の送信ＥＣＵ２０を備えてもよい。また、１つの送信ＥＣＵ２０は、異なるＩＤを付与した複数種類のパケットをＣＡＮ２４へ送信してもよい。

送信ＥＣＵ２０は、パケット生成部３０と通信部３２を含む。パケット生成部３０は、他の車載装置へ送信すべきメッセージをペイロードに含むパケットを生成する。通信部３２は、パケット生成部３０により生成されたパケットを、ＣＡＮプロトコルにしたがってＣＡＮ２４へ出力する。

記録ＥＣＵ２２は、送信ＥＣＵ２０からＣＡＮ２４へ出力されたパケットを監視し、蓄積するＥＣＵである。実施例では、記録ＥＣＵ２２は専用の装置として実装されるが、変形例として、記録ＥＣＵ２２の機能が、他の車載装置の機能の一部として実装されてもよい。例えば、ＣＡＮ２４の複数のバス間でフレームの中継およびルーティングを実行するＣＧＷ（Central GateWay）のＥＣＵに、記録ＥＣＵ２２の機能が組み込まれてもよい。

記録ＥＣＵ２２は、パラメータ記憶部４０、時刻管理部４２、検査データ記憶部４４、通信部４６、パケット記録部４８、検査データ送信部５０を含む。これらの機能ブロックに対応する複数のモジュールを含むコンピュータプログラムが記録ＥＣＵ２２のメモリに格納されてもよい。記録ＥＣＵ２２のＣＰＵは、そのコンピュータプログラムを適宜読み出して実行することにより、各機能ブロックの機能を発揮してもよい。

パラメータ記憶部４０は、図２（ｂ）に示した態様の検査データを記録するための各種パラメータを記憶する。具体的には、パラメータ記憶部４０は、予め定められた周期時間（例えば２４ミリ秒）と、予め定められた複数の伝送パターンを記憶する。

時刻管理部４２は、現在時刻を管理する。検査データ記憶部４４は、検査データを記憶する記憶領域である。通信部４６は、ＣＡＮプロトコルにしたがって、異なるＩＤが付与された複数種類のパケットをＣＡＮ２４から受信する。また、通信部４６は、ＷＬＡＮを介して検査装置１６と通信する。

パケット記録部４８は、パラメータ記憶部４０に記憶されたパラメータと、通信部４６により受信されたパケットとに基づく検査データを検査データ記憶部４４に格納する。検査データ送信部５０は、検査データ記憶部４４に格納された検査データを、通信部４６を介して検査装置１６へ送信する。

パケット記録部４８は、パターン記録部５２、ペイロード記録部５４、圧縮部５６を含む。パターン記録部５２は、パラメータ記憶部４０に記憶された複数の伝送パターンのうち、或る周期に受信された複数種類のパケットの受信順序が合致する伝送パターンを、当該周期の伝送パターンとして特定する。すなわち、パターン記録部５２は、検査データ作成期間内の複数の周期について、周期ごとの伝送パターンを特定する。パターン記録部５２は、各周期の識別子と、各周期の伝送パターンとを対応付けた周期データを検査データ記憶部４４に格納する（図２（ｂ））。

ペイロード記録部５４は、或る周期に受信された複数種類のパケットそれぞれのペイロードデータを、ＩＤごとに区分けして検査データ記憶部４４に格納する（図２（ｂ））。言い換えれば、ペイロード記録部５４は、同じＩＤが付与されたパケットのペイロードデータをグループ化して検査データ記憶部４４に記録する。ペイロード記録部５４は、同一ファイル内のＩＤごとの領域に、各ＩＤのペイロードデータを分けて記録してもよい。また、ペイロード記録部５４は、各ＩＤのペイロードデータを、ＩＤごとに異なるファイルに記録してもよい。

なお、パターン記録部５２とペイロード記録部５４は、周期データとペイロードデータを異なる記憶領域に記録する。例えば、（１）周期データとペイロードデータを同一ファイルの別領域に論理的に分けて記録してもよい。また、（２）周期データとペイロードデータのそれぞれを異なるファイルに記録してもよい。

圧縮部５６は、検査データ記憶部４４に格納された検査データを公知のアルゴリズム（例えばｇｚｉｐ）により圧縮する。圧縮部５６は、ペイロード記録部５４により記録され、かつ、ＩＤごとにグループ化されたペイロードデータを圧縮する。同じＩＤのパケットは、ペイロードの内容が類似することが多いため、ＩＤごとにグループ化されたペイロードデータを圧縮することで、圧縮の効率を高めることができる。なお、圧縮部５６は、ＩＤごとにグループ化されたペイロードデータをグループ単位（言い換えればＩＤ単位）で圧縮してもよい。例えば、図２（ｂ）に示すペイロードデータの場合、ＩＤ１、ＩＤ２、ＩＤ３それぞれのペイロードデータを別個に圧縮してもよい。

以上の構成による記録ＥＣＵ２２の動作を説明する。
図４は、第１実施例の記録ＥＣＵ２２の動作を示すフローチャートである。電源オン（イグニッションオン）等の開始条件が満たされると、パケット記録部４８は、パラメータ記憶部４０からパラメータを読み込む（Ｓ１０）。パケット記録部４８は、１周期分の検査データ記録処理を実行する（Ｓ１２）。予め定められた個数の周期分、検査データの記録が未完了であれば（Ｓ１４のＮ）、Ｓ１２に戻り、次の周期の検査データ記録処理を実行する。予め定められた個数の周期分、検査データの記録が完了すると（Ｓ１４のＹ）、圧縮部５６は、検査データを圧縮する（Ｓ１６）。検査データ送信部５０は、圧縮された検査データを検査装置１６へ送信する（Ｓ１８）。

図５は、図４のＳ１２の検査データ記録処理の詳細を示すフローチャートである。不図示だが、パターン記録部５２は、検査データ記録処理の開始時に、現在時刻を基準時刻として検査データ記憶部４４に格納し、予め定められた１周期の時間と、既存の伝送パターンを検査データ記憶部４４にさらに格納する（図２（ｂ）のメタデータ）。通信部４６は、ＣＡＮ２４のバスからパケットを受信する（Ｓ２０）。パターン記録部５２は、時刻管理部４２から現在時刻を受信時刻として取得し、パケットと受信時刻の組を所定の記憶領域に一時的に記憶させる（Ｓ２２）。１周期の時間が未経過であれば（Ｓ２４のＮ）、Ｓ２０に戻り、新たなパケットと受信時刻の組を記録する処理を繰り返す。

グループ周期の１周期の時間が経過すると（Ｓ２４のＹ）、パターン記録部５２は、今周期に受信された各パケットの受信時刻にしたがって各パケットの受信順序を特定する。パターン記録部５２は、各パケットの受信順序と、既存の伝送パターン（すなわち図４のＳ１０で読み込まれた伝送パターン）とを比較する（Ｓ２６）。パケットの受信順序に合致する既存の伝送パターンが存在する場合（Ｓ２８のＹ）、パターン記録部５２は、今周期の識別子と、上記合致する既存の伝送パターンの識別子とを対応付けて検査データ記憶部４４に格納する（図２（ｂ）の周期データ）（Ｓ３０）。

パケットの受信順序に合致する既存の伝送パターンが存在しなければ（Ｓ２８のＮ）、パターン記録部５２は、その受信順序を示す新たな伝送パターンのデータを生成する（Ｓ３２）。パターン記録部５２は、新たな伝送パターンのデータをパラメータ記憶部４０および検査データ記憶部４４（図２（ｂ）のメタデータ）に格納する。また、パターン記録部５２は、今周期の識別子と、新たな伝送パターンの識別子とを対応付けて検査データ記憶部４４に格納する（図２（ｂ）の周期データ）（Ｓ３０）。ペイロード記録部５４は、今周期に受信されたパケットのペイロードデータを、パケットのＩＤ単位にグループ化して、検査データ記憶部４４に格納する（図２（ｂ）のペイロードデータ）（Ｓ３４）。

なお、１つの周期におけるパケットの受信および一時記憶処理（Ｓ２０〜Ｓ２４）と、周期終了後の検査データ記録処理（Ｓ２６〜Ｓ３４）は、並行して実行されてもよい。例えば、第１周期が終了後、第１周期で受信されたパケットに基づく検査データが記録されることと並行して、第２周期におけるパケットの受信および一時記憶処理が実行されてもよい。

検査データの記録処理と検査データの圧縮処理は、並行して実行されてもよい。また、全ての検査データを検査データ記憶部４４に記録後、検査データの圧縮処理が実行されてもよい。検査データの圧縮処理は、記録ＥＣＵ２２とは別の装置（別のＥＣＵ）が実行してもよい。

［第２実施例］
第１実施例では、１周期内のタイムスロットとパケットのＩＤとを直接対応付けた伝送パターンを用いて検査データを記録した。第２実施例では、基準となる１つの伝送パターン（以下「基準パターン」とも呼ぶ。）と、各周期におけるパケットの受信パターンとの差分を示す差分パターンを用いて検査データを記録する。

図６は、パケットの受信パターンの例を示す。本発明者は、実験により、異なるＩＤ（例えばＩＤ１、２、３）のパケットの受信タイミングが必ずしも同じにはならないことを発見した。例えば、電源オンのタイミング依存で、または、異なる車両間では、ＩＤ２のパケットのオフセットが異なることがある。同様に、ＩＤ３のパケットのオフセットが異なることがある。例えば、図６の周期Ｔ１では、ＩＤ１のパケットとＩＤ２のパケットとの間隔は５であり、ＩＤ１のパケットとＩＤ３のパケットとの間隔は１０である。しかし、電源のオン／オフを挟んだ次回の検査データ記録時には、これらの間隔（言い換えれば受信タイミング）が異なる値になることがある。

このような状況において、第１実施例のように１周期内のタイムスロットとパケットのＩＤとを直接対応付けると、オフセットの変化に合わせた個数の伝送パターンを用意する必要がある。また、複数の周期間で同じパターンを使用することが難しくなる。そこで、第２実施例の記録ＥＣＵ２２は、１周期目を基準パターンとし、基準パターンからの差分を示す差分パターンを用いて検査データを記録する。図６では、基準パターンでの受信タイミングを網掛けを施した基準タイミング６２で示している。

図７（ａ）は、基準パターンの例を示し、図７（ｂ）は、差分パターンの例を示す。図７（ａ）は、図６の周期Ｔ１の受信パターンに基づいて設定された基準パターンを示している。図７（ｂ）は、図７（ａ）の基準パターンとの差分を示す差分パターンである。同図の差分パターンでは、タイムスロットが後ろにずれた場合、正の値が設定され、タイムスロットが前にずれた場合、負の値が設定される。例えば、図６の周期Ｔ２に対して差分パターン２が記録され、図６の周期Ｔ３に対して差分パターン１が記録される。

第２実施例の記録ＥＣＵ２２の機能構成は、第１実施例（図３）と同様である。以下、第１実施例と同じ構成は説明を適宜省略し、異なる構成を主に説明する。

パラメータ記憶部４０は、予め定められた複数の差分パターンをパラメータとして記憶する。パターン記録部５２は、最初の周期における複数種類のパケットの受信順序を基準パターンとして生成し、基準パターンのデータ（識別子を含む）を検査データ記憶部４４に記録する（図２（ｂ）のメタデータ）。パターン記録部５２は、最初の周期の識別子と基準パターンの識別子との組を検査データ記憶部４４に記録する（図２（ｂ）の周期データ）。

パターン記録部５２は、２回目以降の周期における複数種類のパケットの受信順序と基準パターンとの差分を抽出し、その差分に合致する差分パターンを特定する。パターン記録部５２は、２回目以降の周期の識別子と差分パターンの識別子との組を、図２（ｂ）の周期データとして検査データ記憶部４４に記録する。

以上の構成による記録ＥＣＵ２２の動作を説明する。図４に示した第１実施例の記録ＥＣＵ２２の動作は、第２実施例の記録ＥＣＵ２２にも当てはまる。以下、第１実施例と異なる点として、１周期分の検査データ記録処理を説明する。

図８は、図４のＳ１２の検査データ記録処理の詳細を示すフローチャートである。同図のＳ４０〜Ｓ４４は、図５のＳ２０〜Ｓ２４と同じであるため、説明を省略する。１回の周期が終了すると（Ｓ４４のＹ）、パターン記録部５２は、基準パターンを生成済か否かを判定する。基準パターンが未生成の場合であり、第２実施例では最初の周期の終了時に（Ｓ４６のＮ）、パターン記録部５２は、最初の周期におけるパケットの受信順序を示す基準パターンのデータを生成する。パターン記録部５２は、基準パターンのデータを検査データ記憶部４４に格納する（Ｓ４８）。パターン記録部５２は、最初の周期の識別子と基準パターンの識別子の組を周期データとして検査データ記憶部４４に格納する（Ｓ５６）。Ｓ５８は図５のＳ３４と同じであるため、説明を省略する。

基準パターンが生成済の場合であり、第２実施例では２番目以降の周期の終了時に（Ｓ４６のＹ）、パターン記録部５２は、今周期におけるパケットの受信パターンを基準パターンを使用して正規化する。言い換えれば、パターン記録部５２は、受信パターンと基準パターンとの差分を抽出する（Ｓ５０）。抽出した差分に合致する既存の差分パターン（「特定差分パターン」と呼ぶ。）が存在する場合（Ｓ５２のＹ）、パターン記録部５２は、今周期の識別子と、特定差分パターンの識別子の組を周期データとして検査データ記憶部４４に格納する（Ｓ５６）。

抽出した差分に合致する既存の差分パターンが存在しなければ（Ｓ５２のＮ）、パターン記録部５２は、その差分を示す新たな差分パターンのデータを生成する（Ｓ５４）。パターン記録部５２は、新たな差分パターンのデータをパラメータ記憶部４０および検査データ記憶部４４に格納する。また、パターン記録部５２は、今周期の識別子と、新たな差分パターンの識別子の組を周期データとして検査データ記憶部４４に格納する（Ｓ５６）。検査装置１６は、基準パターンと差分パターンを組み合わせることで、各周期におけるパケットの受信タイミングを把握することができる。

第２実施例の態様によると、電源オンのタイミングや車両の種類等の要因によりパケット送信のタイミングがずれる場合でも、各周期におけるパケット受信のパターンとして共通の差分パターンを適用できる。これにより、検査データのサイズを低減できる。

［第３実施例］
図９は、本発明者の実験結果であり、複数の周期において受信されたパケットのＩＤを示す。同図は、左から右へ、最初の第１タイムスロットから最後の第１０タイムスロットを並べており、各タイムスロットで受信されたパケットのＩＤを示している。ＩＤ２２４のパケットは、破線で示すように、後の周期になるほど後のタイムスロットで受信されている。逆に、ＩＤ２４７のパケットは、一点鎖線で示すように、後の周期になるほど前のタイムスロットで受信されている。タイムスロットの位置がずれる理由は、送信ＥＣＵ２０が、本来想定される時間間隔であり、すなわち記録ＥＣＵ２２で定められた周期（例えば２４ミリ秒）より短い間隔（例えば２３．９ミリ秒）もしくは長い間隔（例えば２４．２ミリ秒）でパケットを送信するからである。

この場合、第１実施例の方式では多くの伝送パターンが必要になり、第２実施例の方式でも多くの差分パターンが必要になる。周期を経るにつれ、差分が大きくなっていくからである。そこで、第３実施例の記録ＥＣＵ２２は、直前の周期におけるパケットの受信パターンを基準パターンとして、今周期におけるパケットの受信パターンと基準パターンとの差分を検査データに記録する。言い換えれば、記録ＥＣＵ２２は、周期Ｎと周期Ｎ＋１において、同一ＩＤのパケットが出現する位置の差分を記録していく。

図１０（ａ）は、差分パターンの例を示す。ここでは、５つのＩＤに関する差分パターンを示している。発明者の実験では、７万周期を、約５００個の差分パターンで表現可能であった。図１０（ａ）の差分パターンのうち、出現頻度が最も高い差分パターンは、「０、０、０、０、０」（すなわち差分なし）であり、その出現頻度は７１９０回であった。図１０（ｂ）は、差分パターンを説明する図である。同図は、図１０（ａ）の差分パターン６４に対応する。差分パターン６４は、今周期、ＩＤ２３５のパケットが受信されたタイムスロットが、前周期より１つ前にずれたことを示している。

このように、直前の周期のパケットの受信パターンと、今周期におけるパケットの受信パターンとの差分を逐次記録していくことで、各周期におけるパケット受信のパターンとして共通の差分パターンを適用できる。例えば、本発明者の実験では、７万周期のうち７１９０周期に、同じ差分パターン「０、０、０、０、０」を適用できた。これにより、検査データのサイズを低減できる。

第３実施例の記録ＥＣＵ２２の機能構成は、第１実施例（図３）と同様である。以下、第１実施例と同じ構成は説明を適宜省略し、異なる構成を主に説明する。

パラメータ記憶部４０は、予め定められた複数の差分パターンをパラメータとして記憶する。パターン記録部５２は、最初の周期における複数種類のパケットの受信順序を基準パターンとして生成し、基準パターンのデータ（識別子を含む）を検査データ記憶部４４に記録する（図２（ｂ）のメタデータ）。パターン記録部５２は、最初の周期の識別子と基準パターンの識別子の組を検査データ記憶部４４に記録する（図２（ｂ）の周期データ）。

パターン記録部５２は、２回目以降の周期（以下「今周期」とも呼ぶ。）における複数種類のパケットの受信順序と基準パターンとの差分を抽出し、その差分に合致する差分パターンを特定する。パターン記録部５２は、今周期の識別子と、特定した差分パターンの識別子の組を検査データ記憶部４４に記録する（図２（ｂ）の周期データ）。パターン記録部５２は、今周期における複数種類のパケットの受信順序を新たな基準パターンとして一時的に記憶する。

以上の構成による記録ＥＣＵ２２の動作を説明する。図４に示した第１実施例の記録ＥＣＵ２２の動作は、第３実施例の記録ＥＣＵ２２にも当てはまる。以下、第１実施例と異なる点として、１周期分の検査データ記録処理を説明する。

図１１は、図４のＳ１２の検査データ記録処理の詳細を示すフローチャートである。同図のＳ６０〜Ｓ６４は、図５のＳ２０〜Ｓ２４と同じであるため、説明を省略する。１回の周期が終了し（Ｓ６４のＹ）、今周期が最初の周期であれば（Ｓ６６のＹ）、パターン記録部５２は、今周期におけるパケットの受信順序を示す受信パターンのデータ（例えば図２（ａ）の形式）を生成する。パターン記録部５２は、生成した受信パターンのデータをメタデータとして検査データ記憶部４４に格納する（Ｓ６８）。パターン記録部５２は、最初の周期の識別子と受信パターンの識別子の組を周期データとして検査データ記憶部４４に格納する（Ｓ７６）。Ｓ７８は、図５のＳ３４と同じであるため、説明を省略する。

２回目以降の周期が終了した場合（Ｓ６６のＮ）、パターン記録部５２は、直前の周期におけるパケットの受信パターンと、今周期におけるパケットの受信パターンとを比較し、差分を抽出する（Ｓ７０）。抽出した差分に合致する既存の差分パターン（「特定差分パターン」と呼ぶ。）が存在する場合（Ｓ７２のＹ）、パターン記録部５２は、今周期の識別子と特定差分パターンの識別子の組を周期データとして検査データ記憶部４４に格納する（Ｓ７６）。

抽出した差分に合致する既存の差分パターンが存在しなければ（Ｓ７２のＮ）、パターン記録部５２は、その差分を示す新たな差分パターンのデータを生成する（Ｓ７４）。パターン記録部５２は、新たな差分パターンのデータをパラメータ記憶部４０および検査データ記憶部４４に格納する。また、パターン記録部５２は、今周期の識別子と、新たな差分パターンの識別子の組を周期データとして検査データ記憶部４４に格納する（Ｓ７６）。検査装置１６は、最初の周期におけるパケットの受信パターンに対して、各周期に至るまでの１つ以上の差分パターンを順次適用していくことで、各周期におけるパケットの受信タイミングを把握することができる。

［第４実施例］
図１２（ａ）と図１２（ｂ）は、異常の可能性があるパケットの受信パターンを示す。図１２（ａ）では、周期Ｔ２と周期Ｔ３で、ＩＤ３のパケットを複数回受信している。また、図１２（ｂ）では、周期Ｔ２と周期Ｔ３で、ＩＤ３のパケットを本来の送信周期からずれたタイミングで受信している。このように、車両１４に異常が生じた場合、ＣＡＮ２４におけるパケットの伝送パターンは通常時と異なるものになる。なお、車両１４の異常は、車両１４が攻撃を受けていること（ＥＣＵの乗っ取り等）を含み、また、車両１４で故障が発生したことを含む。

そこで、第４実施例の記録ＥＣＵ２２は、ＣＡＮ２４から受信された複数種類のパケットの受信順序が合致するパターンに基づいて、車両１４の異常を検出する。これにより、車両１４が攻撃を受けていること、また、車両１４に故障が生じたこと等の検出が容易になる。以下、第１実施例と同じ構成は説明を適宜省略し、異なる構成を主に説明する。

図１３は、第４実施例の車両１４の機能構成を示すブロック図である。第４実施例の車両１４は、第１実施例の車両１４の構成に加えて、異常検出部７０と異常処理部７２をさらに備える。

パラメータ記憶部４０は、車両１４の異常時に生じるパケットの受信パターン（以下「異常時受信パターン」とも呼ぶ。）と、車両１４の異常時に生じる受信パターンに関する統計値（以下「異常時統計値」とも呼ぶ。）とをさらに記憶する。異常時受信パターンは、図２（ａ）に示した伝送パターンの形式でもよく、図７（ｂ）および図１０（ａ）に示した差分パターンの形式でもよい。異常時統計値は、所定の受信パターン（例えば異常とは言えないグレーゾーンの受信パターン）の出現頻度でもよい。

異常検出部７０は、パケット記録部４８により検査データ記憶部４４に記録されたパケットの受信パターン（伝送パターンまたは差分パターン）を取得し、その受信パターンがパラメータ記憶部４０に記憶された異常時受信パターンに合致するか否かを判定する。合致する場合、異常検出部７０は、車両１４が異常な状態であることを検出する。

また、異常検出部７０は、検査データ記憶部４４に記録された複数の受信パターンを取得し、複数の受信パターンに基づいて所定の統計処理を実行し、統計値を算出する。異常検出部７０は、算出した統計値がパラメータ記憶部４０に記憶された異常時統計値に合致するか否かを判定する。合致する場合、異常検出部７０は、車両１４が異常な状態であることを検出する。なお、異常検出部７０は、受信パターンに基づく統計値が異常時統計値に不一致であるが、両者の差異が所定範囲内の場合、車両１４を異常と判定してもよい。また、異常時統計値は、異常と判定する閾値でもよく、異常検出部７０は、受信パターンに基づく統計値が、その閾値以上（もしくは閾値未満）である場合に、車両１４を異常と判定してもよい。

異常処理部７２は、異常検出部７０により車両１４の異常が検出された場合に、所定の異常時処理を実行する。例えば、異常処理部７２は、異常時処理として、異常が検出された受信パターンに基づいて攻撃または故障に関する検査処理を実行してもよい。また、異常処理部７２は、異常時処理として、車両１４のディスプレイ（不図示）に車両１４の異常を表示させてもよく、所定の外部装置（例えば検査装置１６）へ車両１４の異常を通知してもよい。さらにまた、異常処理部７２は、異常時処理として、車両１４の異常を示すログデータを所定の記憶領域に保存してもよい。

以上の構成による記録ＥＣＵ２２の動作を説明する。図１４は、第４実施例の記録ＥＣＵ２２の動作を示すフローチャートである。Ｓ８０およびＳ８２は、図４のＳ１０およびＳ１２と同じであるため、説明を省略する。Ｓ８２の処理の詳細は、第１実施例（図５）、第２実施例（図８）、第３実施例（図１１）のいずれも適用可能である。異常検出部７０は、検査データ記憶部４４に記録された受信パターンが異常時受信パターンに一致するか否かを判定する。一致する場合（Ｓ８４のＹ）、異常処理部７２は、所定の異常時処理を実行する（Ｓ９０）。

不一致の場合（Ｓ８４のＮ）、異常検出部７０は、受信パターンの統計値を算出する（Ｓ８６）。統計値は、今周期における特定の受信パターンの出現頻度（回数、割合等）であってもよく、または、複数の周期に亘る特定の受信パターンの出現頻度であってもよい。異常検出部７０は、算出した統計値が異常時統計値に一致するか否かを判定する。一致する場合（Ｓ８８のＹ）、異常処理部７２は、所定の異常時処理を実行する（Ｓ９０）。不一致の場合（Ｓ８８のＮ）、異常時処理を行わずにＳ９２へ進む。Ｓ９２以降の処理は、図４のＳ１４以降の処理と同じであるため、説明を省略する。

第４実施例では、ブラックリスト方式で車両１４の異常を検出した。変形例として、ホワイトリスト方式で車両１４の異常を検出してもよい。例えば、パラメータ記憶部４０は、車両１４の正常時に生じるパケットの受信パターンと、受信パターンに関する統計値を記憶してもよい。異常検出部７０は、パターン記録部５２により記録された受信パターンが、正常時の受信パターンに一致する場合（もしくは差異が所定範囲内の場合）に車両１４を正常と判定してもよい。また、異常検出部７０は、パターン記録部５２により記録された受信パターンが、正常時の受信パターンに不一致の場合（もしくは差異が所定範囲を超える場合）に車両１４を異常と判定してもよい。統計値による異常判定も同様である。なお、後述するように、異常の検出処理は、記録ＥＣＵ２２とは別の装置が実行してもよい。

以上、本発明を第１実施例〜第４実施例をもとに説明した。これらの実施例は例示であり、各構成要素あるいは各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

変形例を説明する。上記実施例では言及していないが、圧縮部５６は、検査データ記憶部４４に記録された複数のＩＤのパケットのペイロードデータを、ＩＤごとに異なる圧縮アルゴリズムを使用して圧縮してもよい。これにより、検査データのサイズを一層低減することができる。

別の変形例を説明する。パラメータ記憶部４０に記憶される複数の伝送パターンまたは差分パターン（ここでは総称して「パターン」と呼ぶ）の識別子（ＩＤ）として、出現頻度が相対的に高いパターンに、データサイズが相対的に小さい識別子が割り当てられてもよい。また、出現頻度が高いパターンほど、データサイズが小さい識別子が割り当てられてもよい。これにより、検査データのサイズを一層低減することができる。

さらに別の変形例を説明する。記録ＥＣＵ２２は、検査データ記録処理の開始前に、統計情報を学習する学習部を備えてもよい。学習部は、所定期間、ＣＡＮ２４から受信されるパケットのＩＤを監視し、パケットのＩＤと受信タイミングとに基づいて、ＣＡＮ２４を流れるパケットの中から周期性のあるパケットを検出してもよい。また、学習部は、同じＩＤのパケットの複数回の受信タイミングに基づいて、当該パケットの送信周期を検出してもよい。また、学習部は、複数のパケットの送信周期に基づいて、検査データ作成期間における１周期の時間を設定してもよい。例えば、複数のパケットの送信周期の平均値、最頻値、または中央値等を１周期の時間に設定してもよい。

さらに別の変形例を説明する。上記実施例では、複数種類のパケットの受信順序を伝送パターンまたは差分パターンを使用して記録した。変形例として、車両１４のパケット記録部４８は、パターン記録部５２に代えて、複数種類のパケットの受信順序をパターンを使用せずに記録する受信順序記録部を備えてもよい。受信順序記録部は、ＣＡＮ２４から受信された複数のパケットのＩＤと、各パケットの受信時刻とを対応付けた第１の検査データを検査データ記憶部４４に記録する。ペイロード記録部５４は、実施例と同様に、ＣＡＮ２４から受信された複数のパケットのペイロードデータをＩＤを単位にグループ化して第２の検査データとして検査データ記憶部４４に記録する。

圧縮部５６は、検査データ記憶部４４に格納された第１および第２の検査データを公知のアルゴリズムにより圧縮する。圧縮部５６は、実施例と同様に、ペイロード記録部５４により記録され、かつ、ＩＤごとにグループ化されたペイロードデータを圧縮する。グループ単位（言い換えればＩＤ単位）で圧縮してもよい。同じＩＤのパケットは、ペイロードの内容が類似することが多い。したがって、ＩＤごとにグループ化されたペイロードデータを圧縮することで、圧縮率を高めることができる。

さらに別の変形例を説明する。上記第４実施例では、検査データに基づいて異常を検出する機能を記録ＥＣＵ２２が備えた。変形例として、第４実施例に記載の異常検出部７０および異常処理部７２の機能を記録ＥＣＵ２２以外の装置（以下、単に「外部装置」と呼ぶ。）が備えてもよい。この外部装置は、記録ＥＣＵ２２とは異なる車両１４のＥＣＵであってもよく、また、車両１４外部のサーバ等（例えば検査装置１６）であってもよい。

本変形例では、記録ＥＣＵ２２の検査データ送信部５０は、検査データ記憶部４４に格納された検査データのうち周期データを外部装置へ送信し、外部装置は、周期データに基づいて車両１４の状態を簡易的にチェックしてもよい。簡易チェックにて異常が検出された場合、外部装置は、その旨を記録ＥＣＵ２２へ通知し、記録ＥＣＵ２２は、周期データ＋ペイロードデータを外部装置へ送信してもよい。外部装置は、周期データ＋ペイロードデータに基づいて、車両１４の状態を詳細にチェックしてもよい。

なお、実施例および変形例に記載の技術は、以下の項目によって特定されてもよい。
［項目１］
ＩＤが付与された複数種類のパケットが、予め定められた周期において車載ネットワークで伝送される順序のパターンを複数記憶する記憶部と、
前記車載ネットワークから前記複数種類のパケットを受信する受信部と、
前記記憶部に記憶された複数のパターンのうち、前記受信部により受信された複数種類のパケットの受信順序が合致する周期ごとのパターンを検査データとして記録する第１記録部と、
前記受信部により受信された複数種類のパケットのデータを前記検査データとして記録する第２記録部と、を備える記録装置。
車載ネットワークを流れるパケットの検査では、パケットの受信時刻が検査の重要な手がかりになる。しかし、受信した複数のパケットのそれぞれに受信時刻を付加すると、検査データのサイズが大きくなってしまう。上記記録装置によると、パケットの受信順序に合致する周期ごとのパターンを記録する。これにより、各パケットの受信タイミングを事後の検査時に把握可能にしつつ、各パケットへの受信時刻の付加が不要になり、検査データのサイズを低減することができる。
［項目２］
前記記憶部は、前記複数のパターンとして、所定の基準パターンからの差分を定めた複数の差分パターンを記憶し、
前記第１記録部は、前記受信部により受信された複数種類のパケットの受信順序と前記基準パターンとの差分に合致する周期ごとの差分パターンを前記検査データとして記録する、項目１に記載の記録装置。
この態様によると、各周期におけるパケット受信のパターンとして共通の差分パターンを適用しやすくなる。これにより、検査データのサイズを低減しやすくなる。
［項目３］
前記検査データを圧縮する圧縮部をさらに備え、
前記第２記録部は、同じＩＤが付与されたパケットのデータをグループ化して記録し、
前記圧縮部は、前記第２記録部により記録されたパケットのデータを圧縮する、項目１または２に記載の記録装置。
同じＩＤが付与されたパケットのデータは類似することが多いため、本項目の態様によると、圧縮の効率を高めることができる。
［項目４］
前記受信部により受信された複数種類のパケットの受信順序が合致する周期ごとのパターンに基づいて、車両の異常を検出する異常検出部をさらに備える項目１から３のいずれかに記載の記録装置。
車両に異常が生じた場合、車載ネットワークにおけるパケットの伝送パターンは正常時と異なるものになるため、本項目の態様によると。車両の異常を検出しやすくなる。
［項目５］
前記受信部により受信された複数種類のパケットの受信順序が合致する周期ごとのパターンを、本記録装置の外部に設けられた、車両の異常を検出する異常検出部へ送信する送信部をさらに備える、項目１から３のいずれかに記載の記録装置。
［項目６］
ＩＤが付与された複数種類のパケットを車載ネットワークから受信する受信部と、
前記受信部により受信された複数種類のパケットのＩＤと、各パケットの受信時刻とを検査データとして記録する第１記録部と、
前記受信部により受信された複数種類のパケットのデータを前記検査データとして記録し、同じＩＤが付与されたパケットのデータをグループ化して記録する第２記録部と、
前記第２記録部により記録されたパケットのデータを圧縮する圧縮部と、を備える記録装置。
同じＩＤが付与されたパケットのデータは類似することが多いため、この記録装置によると、圧縮の効率を高めることができる。
［項目７］
項目１から６のいずれかに記載のパケット記録装置を備える車両。
この車両によると、パケットの受信順序に合致する周期ごとのパターンを記録する。これにより、各パケットの受信タイミングを事後の検査時に把握可能にしつつ、各パケットへの受信時刻の付加が不要になり、検査データのサイズを低減することができる。
［項目８］
ＩＤが付与された複数種類のパケットが、予め定められた周期において車載ネットワークで伝送される順序のパターンを複数記憶する記憶部を備える装置が、
前記車載ネットワークから前記複数種類のパケットを受信し、
前記記憶部に記憶された複数のパターンのうち、受信した複数種類のパケットの受信順序が合致する周期ごとのパターンを検査データとして記録し、
前記受信した複数種類のパケットのデータを前記検査データとして記録する、記録方法。
この記録方法によると、パケットの受信順序に合致する周期ごとのパターンを記録する。これにより、各パケットの受信タイミングを事後の検査時に把握可能にしつつ、各パケットへの受信時刻の付加が不要になり、検査データのサイズを低減することができる。

上述した実施例および変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施の形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施例および変形例それぞれの効果をあわせもつ。また、請求項に記載の各構成要件が果たすべき機能は、実施例および変形例において示された各構成要素の単体もしくはそれらの連携によって実現されることも当業者には理解されるところである。

１４ 車両、 ２２ 記録ＥＣＵ、 ２４ ＣＡＮ、 ４０ パラメータ記憶部、 ４８ パケット記録部、 ５２ パターン記録部、 ５４ ペイロード記録部、 ５６ 圧縮部、 ７０ 異常検出部。

Claims (2)

1. ＩＤが付与された複数種類のパケットを車載ネットワークから受信する受信部と、
   前記受信部により受信された複数種類のパケットのＩＤと、各パケットの受信時刻とを検査データとして記録する第１記録部と、
   前記受信部により受信された複数種類のパケットのデータを前記検査データとして記録し、同じＩＤが付与されたパケットのデータをグループ化して記録する第２記録部と、
   前記第２記録部により記録されたパケットのデータを圧縮する圧縮部と、
   を備える記録装置。
2. 請求項１に記載の記録装置を備える車両。

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